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片状增益结构提高等离激元纳米激光器效率

2021-12-09

 

随着激光和纳米光子学的发展,激光器的微型化受到广泛关注,先后发展了Fabry-Perot、垂直腔面发射、纳米线、微盘、圆环等激光器。传统光学腔的激光器均受光学衍射极限的限制,即器件的每个维度尺寸均需大于半波长,难以进一步缩小器件尺寸。为了实现高集成度的片上光互连的应用,对激光器提出更高的要求,比如更小体积、更高调制速度以及更低功耗的。等离激元的光场强限制为激光器的微型化提供了一种可能,其主要通过放大金属中自由电子振荡形成的表面等离激元,实现亚波长的光场限制。但是,随着器件尺寸的缩小,金属的吸收损耗、增益介质与等离激元耦合效率以及纳米结构等因素也制约着器件的性能。

近日,南京大学陶涛副教授课题组通过纳米片结构的增益介质增加等离激元与激子的耦合效率,系统研究了接触面积对激光器性能影响。结果表明,该激光器激射阈值低至6.36 kW/cm2,半峰宽从27 nm降低至4 nm,载流子复合寿命0.42 ns。纳米激光器结构中的电场分布表明等离激元的电场局域效应,有助于进一步提高耦合效率、降低激射阈值,缩小模体积。团队将在后续的工作中持续优化晶体质量和结构,进一步获得更高性能纳米激光。该项工作对光通讯、数据存储、生物监测、光电片上集成的相关研究起到积极的作用。

图1.(a-b)GaN/InGaN基纯纳米片的变功率PL谱以及相应峰强、半峰宽随注入光功率变化关系;(c-d)等离激元纳米激光器的变功率 PL谱以及相应峰强、半峰宽随注入光功率变化关系。

Low-threshold lasing in a plasmonic laser using nanoplate InGaN/GaN

Ting Zhi, Tao Tao, Xiaoyan Liu, Junjun Xue, Jin Wang, Zhikuo Tao, Yi Li, Zili Xie, Bin Liu

J. Semicond. 2021, 42(12): 122803

doi:?10.1088/1674-4926/42/12/122803

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/12/122803?pageType=en

来源:第12期半导体学报中文导读

 



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